JPH0243679B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、自転車およびオートバイ等の二輪車
用伝動系の入力部に設ける可変容積型油圧ポンプ
の吐出量を制御するために使用する偏心カムの偏
心制御装置に関するものである。

（従来の技術） 従来の二輪車の伝動装置としては、主にチエン
伝動式が多用されており、その変速手段として
は、多段スプロケツトに対するチエン掛け替え式
が実用化されている。

また上記以外の変速手段としては、例えば特公
昭34−1722号公報および特開昭54−93754号公報
に開示されたものがある。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、上述したチエン掛け替え式の変
速機は有段変速で無段変速が行えず、また前記し
た特公昭34−1722号および特開昭54−93754号の
変速機は理論的に無段変速が可能であるが、脈動
が生ずること、騒音が発生すること、および変速
比を十分にとりにくい等の問題点があるため、未
だ実用化に至つていない。

本発明は上述の問題点を解決するためなされた
もので、騒音および脈動が小さく、かつ広い範囲
の変速比をとり得る無段変速装置を構成するため
に必要とする可変容積型油圧ポンプの吐出量を無
段階に可変にするために使用する偏心カムの偏心
制御装置を提供することを目的とするものであ
る。

またこの種変速装置の理想は、二輪車が停止中
でも走行中でも変速が可能なことである。本発明
はこの無段変速装置を常時変速が可能にすること
も他の大きな目的としている。

さらにこの種の変速装置は、無段である上に自
動変速が可能であれば非常に便利である。本発明
はこの無段変速は勿論、自動無段変速も容易にで
きるようにすることを目的とするものである。

（問題点を解決するための手段） 上述の目的を達成するため本発明においては、
中心軸に内側偏心カムを固着すると共に、この内
側偏心カムの外周に外側偏心カムを回転自在に嵌
合し、内側偏心カムと一体に前記中心軸を中心と
する内歯々車を形成し、この内歯々車と同一の内
歯々車を外側偏心カムと共に回転するように内側
偏心カムと一体の内歯々車と同心に、かつ互いに
回転自在に並設し、前記中心軸に中心歯車を回転
自在に設け、この中心歯車と前記一方の内歯々車
とにそれぞれ噛合する歯車を固定軸に枢支して設
け、この歯車と同一の歯車を前記中心歯車と他方
の内歯々車とにそれぞれ噛合させると共に、中心
軸に回転自在に枢支したアームの遊端部に枢支し
て設け、このアームを回動させることにより偏心
カムを無段階に偏心制御するように構成する。

（作用） 上述のように本発明においては、内側偏心カム
と外側偏心カムとによつて合成された偏心カムを
構成し、内外側の偏心カムを相対的に回転させる
ことにより合成偏心カムを最大偏心状態から偏心
量ゼロの状態まで無段階に偏心制御することがで
きるから、これによつて油圧ポンプの吐出量を最
大からゼロまで無段階に制御することができる。
したがつてこの可変容積型油圧ポンプを伝動系の
入力部に設けると共に、出力部に定容積型油圧モ
ータを設ければ、騒音および脈動が小さく、かつ
広い範囲の変速比をとり得る無段変速装置を得る
ことができる。

また本発明偏心制御装置を有する無段変速装置
を二輪車に取り付けた場合は、停止中でも走行中
でも本発明装置のアームを操作することによつて
常時変速が可能である。

また前記アームをバランススプリングを内蔵す
る油圧シリンダによつて操作するようにすれば、
前記無段変速装置を容易に自動無段変速装置にす
ることができる。

（実施例） 以下、図面について本発明を自転車用無段変速
装置を構成する可変容積型油圧ポンプ内の偏心カ
ムの偏心制御装置とした一実施例について説明す
る。図中１（第６図参照）は自転車の前輪、２は
フロントフオーク、３はハンドル、４はヘツドパ
イプ、５はメインパイプ、６は立パイプ、７（第
１図参照）はハンガパイプ、８はクランク軸、９
はクランクアーム、１０はクランクペダル、１１
はサドル、１２はバツクホーク、１３は後輪、１
４は後輪ハブ軸である。

本実施例においては、円盤状に形成した可変容
積型油圧ポンプＡをクランク軸８を中心として自
転車の伝動系の入力部に取り付けると共に、定容
積型油圧モータＢを後輪ハブ軸１４を介して自転
車の伝動系の出力部に取り付け、吐出側油路およ
び吸入側油路を内部に設けた連結部材１５によつ
て前記油圧ポンプＡと油圧モータＢを連結する。
なおこの連結部材１５はチエンステーを兼ねるこ
とができる。また立パイプ６の内部はオイルタン
クとして利用すると都合がよい。

第１図〜第５図は、前記した可変容積型油圧ポ
ンプＡおよびそれに付属する本発明の偏心カムの
偏心制御装置Ｃ、ならびにそれと共働する自動変
速作動装置Ｄのそれぞれ好適な一実施態様を示す
ものである。

すなわち１６は円盤状のポンプケースで、外側
の中心孔１７は第１図に示すようにクランクアー
ム９のボス部９ａに嵌合し、内側の中心孔１８は
後述する外側偏心カムの回転を許容し得る径をも
つている。そしてこのポンプケース１６内には、
中心軸であるクランク軸８に対して放射状に複数
組（本実施例では８組）のプランジヤ型吸排装置
が配置されている。すなわち１９はシリンダ孔、
２０はプランジヤ、２１は各プランジヤ２０の内
側端部に回転自在に枢支したカムフオロワ、２２
はプランジヤ２０を常に内側に向つて押圧するコ
イルばねである。また２３はポンプケース１６の
外周部にリング状に設けた吸入側油路で、この油
路２３は第１図に示すようにパイプ２４によつて
立パイプ６内に設けたオイルタンク２５と連通さ
せてある。また２６はポンプケース１６の外周部
に吸入側油路２３と並設した吐出側油路で、これ
らの油路２３，２６はそれぞれ前記各シリンダ孔
１９と逆止弁２７，２８を介して連通してある。
２７は吸入側の逆止弁で、２８は吐出側の逆止弁
であり、それぞれボール２７ａ，２８ａとコイル
ばね２７ｂ，２８ｂとによつて構成されている。
また第２図に示す油路２９は漏洩した油を吸入側
油路２３に戻すためのものである。

また３０はクランク軸８にキー３１により固定
した内側偏心カムで、この内側偏心カム３０はポ
ンプケース１６の外部に位置する円板部３２を介
して内側内歯々車３３と一体に形成してある。３
４は内側偏心カム３０と回転自在に嵌合した外側
偏心カムで、この外側偏心カム３４はポンプケー
ス１６の外面と前記円板部３２との間に位置する
突片３５（第４図参照）と一体に形成してあり、
この突片３５と揺動および摺動自在に嵌合する切
欠溝３６を有する円板部３７と一体に外側内歯々
車３８を形成し、この外側内歯々車３８は、前記
内側内歯々車３３と同一歯数および同一ピツチ径
として、内側内歯々車３３に対して同心的に回転
自在に嵌合して並設する。

なお第４図の実施例では、突片３５の円形端部
が切欠溝３６と線接触するのみであるから、この
接触面積を大きくするには第５図に示すように、
突片３５と切欠溝３６との間に摺動駒３９を介挿
すればよい。

また４０はクランク軸８に対して回転自在に嵌
合した中心歯車で、４１はこの中心歯車４０と前
記一方の内歯々車３８とにそれぞれ噛合する固定
歯車で、この歯車４１はハンガパイプ７に突設し
たブラケツト４２により回転自在に枢支されてい
る。４３は中心歯車４０と前記他方の内歯々車３
３とにそれぞれ噛合する揺動歯車で、クランク軸
８に回転自在に基部を嵌合したアーム４４の遊端
部に回転自在に枢支されている。またこのアーム
４４の基部には歯車４５が形成してあり、この歯
車４５と噛合する扇形歯車４６が偏心操作レバー
４７と一体に形成されており、その中間部が軸４
７ａを介してフレームに固定されている。そして
これらの歯車装置によつて本発明の偏心カムの偏
心制御装置Ｃを構成している。

また偏心操作レバー４７は第３図に示すよう
に、自動変速作動装置Ｄを構成する油圧シリンダ
４８内のピストン４９と結合したピストンロツド
５０の先端部と連結されており、シリンダ４８は
自転車フレーム５１に対して揺動自在に枢支され
ている。５２はシリンダ４８内に挿入したピスト
ン４９の戻し用コイルばね（バランススプリン
グ）で、このばね５２の反対側の圧力室５３と、
前記油圧ポンプＡの吐出側油路２６とを第１図に
二点鎖線で示すように、フレキシブルホース５４
によつて連通させると共に、コイルばね５２側の
空室５５を例えばオイルタンク２５と、第１図に
二点鎖線で示すようにフレキシブルホース５６で
連通して漏洩した油をオイルタンク２５に戻すよ
うにしてある。

また第７図および第８図は、自転車の後輪ハブ
軸１４に嵌装して後輪ハブ５７を駆動する定容積
型油圧モータＢの一実施例を示すもので、これは
一対の歯車からなる歯車式油圧モータである。こ
の歯車式油圧モータは、一方の歯車５８を他方の
歯車５９より径を大きくすると共に、この大径の
歯車５８の中心部にギヤケース６０と一体に形成
した軸筒６１を設け、この軸筒６１を駆動輪のハ
ブ軸１４に嵌合してナツト６２により固定すると
共に、大径の歯車５８の出力軸６３を駆動輪のハ
ブ５７と一方向クラツチ６４を介して連結してあ
る。６５はギヤケース６０とボルト６６によつて
結合するギヤケース本体、６７はギヤケース本体
６５に設けた圧力側凹欠部、６８はその圧力側油
路、６９は排油側凹欠部、７０は戻り側油路であ
る。

また第８図に示す７１は軸筒６１と歯車５８の
内周面に介挿したニードルローラ、７２は軸筒６
１の周面に刻設した油溜り用の環状溝、７３はシ
ールリング、７４はボールベアリング、７５は出
力軸６３とギヤケース本体６５の軸孔間に介挿し
たニードルローラ、７６はその軸孔の内周面に刻
設した油溜り用の環状溝、７７は出力軸７３に嵌
装したシールリングである。

前記環状溝７２，７６には漏洩した油が溜るか
ら、環状溝７２内の油は軸筒６１内およびギヤケ
ース６０内に設けた油路（図示せず）を介して前
記戻り側油路７０に導くようにし、環状溝７６内
の油はギヤケース本体６５内に設けた油路（図示
せず）を介して戻り側油路７０に導くようにす
る。

そして第６図に示すように前記した可変容積型
油圧ポンプＡと定容積型油圧モータＢとをチエン
ステーを兼ねる連結部材１５により連結する。こ
の連結部材１５内には第７図に示すように、吐出
側油路７８と吸入側油路７９が形成してあり、油
圧ポンプＡの吐出側油路２６を連結部材１５の吐
出側油路７８を介して油圧モータＢの圧力側油路
６８に接続すると共に、油圧モータＢの戻り側油
路７０を連結部材１５の吸入側油路７９を介して
油圧ポンプＡの吸入側油路２３に接続する。

つぎに上述のように構成した本実施例の作用を
説明する。第６図に示す自転車のペダル１０を踏
んでクランク軸８を回転すると、第１図および第
２図に示すように、クランク軸８とキー３１を介
して固定した内側偏心カム３０がクランク軸８と
一体に回転する。カム３０が回転すると、これと
一体に形成した内側内歯々車３３が第３図の矢印
Ｅの方向に回転するから、これと噛合している揺
動歯車４３がアーム４４が静止していれば矢印Ｆ
の方向に回転する。この歯車４３が回転すれば、
これと噛合している中心歯車４０が矢印Ｇの方向
に回転するから、この中心歯車４０と噛合してい
る固定歯車４１が矢印Ｈの方向に回転し、その結
果この固定歯車４１と噛合している外側内歯々車
３８が矢印Ｉの方向に回転する。そしてこの場合
歯車４３と４１の回転は全く同一であるから、結
局内側内歯々車３３と外側内歯々車３８は一体的
に回転する。

外側内歯々車３８が回転すれば、第４図または
第５図に示す円板部３７が矢印Ｉの方向に回転
し、その結果切欠溝３６（第５図の場合は摺動駒
３９を介して）と係合している突片３５が同じく
矢印Ｉの方向に回転する。しかして突片３５と外
側偏心カム３４は一体に形成してあるから、結局
外側偏心カム３４と内側偏心カム３０とはほぼ一
体的に回転する。ここでほぼ一体的と説明したの
は、第４図の仮想線で示すように突片３５が約90
度回転した時、円板部３７は角度θ（本実施例で
は約6゜）だけ回転おくれを生じるからである。し
かしながら180゜および360゜の回転位相では、突片
３５と円板部３７は完全に回転角度が一致するか
ら、内側偏心カム３０と外側偏心カム３４とは一
体的に回転すると考えて差し支えない。なお前記
した角度θを小さくするには、内側偏心カム３０
の偏心量を必要最小限度に設定すればよい。

また偏心カム３０，３４の合成偏心度を変化さ
せるには、第３図に示す偏心操作レバー４７を、
例えば矢印Ｊの方向に操作する。すると扇形歯車
４６が軸４７ａを支点として矢印Ｋの方向に回動
し、これと噛合する歯車４５を矢印Ｇの方向に回
転させ、その結果歯車４５と一体のアーム４４を
矢印Ｌの方向に回動させる。しかしてこの場合ク
ランク軸８が静止しているとすれば、内側内歯々
車３３も静止しているから、アーム４４が矢印Ｌ
のように回動すると、揺動歯車４３が矢印Ｆの方
向に自転しつつ矢印Ｌの方向に公転する。このた
め中心歯車４０が矢印Ｇの方向に回転し、その結
果、固定歯車４１を矢印Ｈの方向に回転させると
共に、これと噛合する外側内歯々車３８を矢印Ｉ
の方向に回転させる。この場合前述したように内
側内歯々車３３は静止しているから、結局内側内
歯々車３３に対して外側内歯々車３８が所定の角
度回動することになる。すなわち内側偏心カム３
０に対して外側偏心カム３４が回動することにな
る。

第１図および第２図は、カム３０，３４の合成
偏心度が最大の状態を示すものであるから、この
状態から外側偏心カム３４が内側偏心カム３０に
対して回動すれば、合成偏心度は次第に小さくな
る。

そして第２図に示すように、内側偏心カム３０
の偏心度をl₁とし、内側偏心カム３０に対する外
側偏心カム３４の偏心度をl₂とした場合、l₁＝l₂
に設定すれば、外側偏心カム３４が内側偏心カム
３０に対して、合成偏心度最大の状態から180゜回
動すれば、合成偏心度はゼロになる。

すなわちこの合成偏心カム３０，３４の偏心度
は、第１図および第２図に示す最大偏心状態か
ら、偏心量をゼロの状態まで任意に設定すること
ができる。

なお上述の偏心操作の説明は、クランク軸８が
静止している場合について説明したが、この偏心
操作はクランク軸８が回転中においても、前述し
た静止状態の場合と全く同様に行なわれるもので
ある。

上述したようにクランク軸８の回転によつて内
側偏心カム３０と外側偏心カム３４とがほぼ一体
的に回転すると、外側偏心カム３４とコイルばね
２２の作用によつて接触しているカムフオロワ２
１を介して各プランジヤ２０が各シリンダ孔１９
内を第２図の矢印Ｍ，Ｎのようにカムの作用によ
つて往復動する。すなわちプランジヤ２０が矢印
Ｍの方向に動くときは、逆止弁２７を介して吸入
側油路２３より油がシリンダ孔１９内に入り、プ
ランジヤ２０が矢印Ｎの方向に移動する時は逆止
弁２８を介して圧力油が吐出側油路２６に押し出
される。そしてクランク軸８が１回転すれば、各
プランジヤ２０がそれぞれ１サイクル作動するた
め、各プランジヤ２０の吐出油が吐出側油路２６
に流出する。

この流出した油は、第７図に示す連結部材１５
内の吐出側油路７８および油圧モータＢの圧力側
油路６８を介して圧力側凹欠部６７に入る。この
ため大径の歯車５８は第７図の矢印Ｏの方向に回
転し、小径の歯車５９は矢印Ｐの方向に回転す
る。

大径の歯車５８の回転は第８図の一方向クラツ
チ６４を介して後輪ハブ５７に伝えられるから、
これによつて自転車を走行させることができる。

なお歯車５８，５９が上述のように回転すれ
ば、排油側凹欠部６９を介して戻り側油路７０に
油が流出し、この流出した油は連結部材１５内の
吸入側油路７９を介して油圧ポンプＡ内の吸入側
油路２３に戻される。

上述の作動中漏洩した油は前記した油路２９お
よび環状溝７２，７６と、それに連通するケース
内の油路（図示せず）を介して吸入側油路にそれ
ぞれ戻されるから、油が外部に流失するおそれは
ない。

また前記したように立パイプ６内にオイルタン
ク２５を設けて、このオイルタンク２５と油圧ポ
ンプＡの吸入側油路２３とを連通させておけば、
たとえ流失油が多少あつても、オイルタンク２５
内から補給されるため、この装置は長期間にわた
つて無給油で使用することができる。

また本実施例の油圧モータＢは、軸封装置とし
て２個のシールリングを使用するのみであるか
ら、歯車５８の回転摩擦抵抗を小さくして伝動効
率を高めることができる。

なお歯車５８を大径とし、歯車５９を小径とし
たのは、出力軸６３と一体の歯車５８は、ハブ軸
１４に嵌装すると共に、ハブ５７に動力を伝える
ためにある程度の径を必要とする上に、油圧ポン
プＡのクランク軸８の１回転における吐出量には
設計上限界があるため、油圧モータＢの１回転に
おける排油量をあまり大きくできないから、片方
の歯車５９の径を小さくしたのである。

このようにすれば、装置全体を小型化できる上
に、外観形状も向上するという利点がある。

また油圧ポンプＡの吐出量と、油圧モータＢの
排油量との比が、クランク軸８の回転に対する駆
動輪の回転を決定するため、この比率は各自転車
に適した比率に設定しなければならない。例えば
油圧ポンプＡの最大吐出容積を１回転につき45c.c.
とし、油圧モータＢの排油容積を１回転につき15
c.c.と設定すれば、この自転車は偏心カムの最大偏
心時に、クランク軸の１回転により駆動輪を３回
転させることができる。

したがつてこの自転車は前述した偏心カムの偏
心操作によつて、カムの偏心度を加減すれば、そ
れによつて油圧ポンプＡの吐出量を増減し、クラ
ンク軸の回転に対する駆動輪の回転比を、前記し
た最大回転比以内においてゼロまで無段に変速す
ることが可能である。すなわち、クランク軸の回
転数：駆動輪の回転数を、例えば、１：３から理
論的には１：０までの範囲で無段階に変速するこ
とができる。

つぎに本実施例の自動変速作動装置Ｄの作用を
説明する。前述した偏心操作レバー４７の操作は
勿論従来から行われている手動操作によつても実
施できるが、第３図に示す本実施例のように自動
変速作動装置Ｄを有するものでは、油圧ポンプＡ
の吐出側油路２６の油圧がフレキシブルホース５
４を介してシリンダ４８内の圧力室５３に作用す
る。

自転車を走行させるにはペダルを踏んでクラン
ク軸８を回転させるが、この場合油圧ポンプＡの
吐出側油路２６内に発生する油圧はクランクアー
ム９による回転トルクの大小に比例して増減す
る。すなわち自転車の駆動抵抗力が大きい場合は
圧力室５３に作用する油圧が高くなり、駆動抵抗
力が小さい場合は圧力室５３に作用する油圧が低
くなる。

したがつて今標準（変速比の中間点）となる変
速比状態の時に第３図に示すように、ピストン４
９が作動範囲の中間点にあり、その時の圧力室５
３に作用している油圧によるピストン４９の推力
とコイルばね５２のばね反力とが釣合い状態にあ
るように設定すれば、標準状態より駆動力が増大
した場合は、圧力室５３内の油圧が高くなるため
ピストン４９およびピストンロツド５０が矢印Ｑ
の方向に移動する結果、前述したように偏心カム
３０，３４による合成カムの偏心度が小さくな
る。したがつて油圧ポンプＡの吐出量が減少する
結果、油圧モータＢを介して駆動する後輪１３の
クランク軸８に対する回転倍率が自動的に低下す
る。すなわちクランクペダル１０が重くなれば自
動的に低倍率の変速比になるわけである。

また逆に前記した標準状態より駆動力が減少し
た場合、すなわちペダルが軽くなれば、シリンダ
４８内の圧力室５３の油圧が低くなるため、ピス
トン４９およびピストンロツド５０が第３図の矢
印Ｒの方向へ移動する結果、偏心カム３０，３４
による合成カムの偏心度が大きくなると共に、油
圧ポンプＡの吐出量が増大する。このため油圧モ
ータＢを介して駆動する後輪１３のクランク軸８
に対する回転倍率が自動的に高くなる。すなわ
ち、クランクペダル１０が軽くなれば自動的に高
倍率の変速比になる。

したがつて本発明によれば、自転車を容易に無
段変速で、しかも自動変速を可能にすることがで
きるのである。

（発明の効果） 上述のように本発明においては、内側偏心カム
３０と外側偏心カム３４とによつて合成された偏
心カムを構成し、内外側の偏心カムを相対的に回
転させることにより合成偏心カムを最大偏心状態
から偏心量ゼロの状態まで無段階に偏心制御する
ことができるから、これによつて油圧ポンプの吐
出量を最大からゼロまで無段階に制御することが
できる。したがつてこの可変容積型油圧ポンプを
伝動系の入力部に設けると共に、出力部に定容積
型油圧モータを設ければ、騒音および脈動が小さ
く、かつ広い範囲の変速比をとり得る無段変速装
置を得ることができるという効果が得られる。

また本発明偏心制御装置を有する無段変速装置
を二輪車に取り付けた場合は、停止中でも走行中
でも本発明装置のアーム４４を操作することによ
つて常時変速が可能になるから非常に便利であ
る。

また前記アーム４４をバランススプリング５２
を内蔵する油圧シリンダ４８によつて操作するよ
うにすれば、前記無段変速装置を容易に自動無段
変速装置にすることができるから、本発明によれ
ば二輪車の操縦性能を飛躍的に向上させ得るすぐ
れた効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明装置を有する可変容積型油圧ポ
ンプの一実施例を示す縦断側面図、第２図はその
縦断正面図、第３図は第１図の−線による一
部断面で示す背面図、第４図は第１図の−線
による断面図、第５図は第４図の変形例図、第６
図は本発明装置を有する可変容積型油圧ポンプを
伝動装置の入力部に設けた自転車の側面図、第７
図はその自転車の伝動装置の出力部に設けた定容
積型油圧モータの一実施例を示す縦断正面図、第
８図は第７図の−線による断面図である。 １……前輪、２……フロントフオーク、３……
ハンドル、４……ヘツドパイプ、５……メインパ
イプ、６……立パイプ、７……ハンガパイプ、８
……クランク軸、９……クランクアーム、１０…
…ペダル、１３……後輪、１４……後輪ハブ軸、
１５……連結部材、Ａ……可変容積型油圧ポン
プ、Ｂ……定容積型油圧モータ、Ｃ……偏心制御
装置、Ｄ……自動変速作動装置、３０……内側偏
心カム、３２……円板部、３３……内側内歯々
車、３４……外側偏心カム、３５……突片、３６
……切欠溝、３７……円板部、３８……外側内
歯々車、３９……摺動駒、４０……中心歯車、４
１……固定歯車、４２……ブラケツト、４３……
揺動歯車、４４……アーム、４５……歯車、４６
……扇型歯車、４７……偏心操作レバー。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 中心軸に内側偏心カムを固着すると共に、こ
   の内側偏心カムの外周に外側偏心カムを回転自在
   に嵌合し、内側偏心カムと一体に前記中心軸を中
   心とする内歯々車を形成し、この内歯々車と同一
   の内歯々車を外側偏心カムと共に回転するように
   内側偏心カムと一体の内歯々車と同心に、かつ互
   いに回転自在に並設し、前記中心軸に中心歯車を
   回転自在に設け、この中心歯車と前記一方の内
   歯々車とにそれぞれ噛合する歯車を固定軸に枢支
   して設け、この歯車と同一の歯車を前記中心歯車
   と他方の内歯々車とにそれぞれ噛合させると共
   に、中心軸に回転自在に枢支したアームの遊端部
   に枢支して設け、このアームを回動させることに
   より偏心カムを無段階に偏心制御するようにした
   ことを特徴とする偏心カムの偏心制御装置。